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CN100452452C - 备有发光二极管的翻转侧置结构的发光装置 - Google Patents

备有发光二极管的翻转侧置结构的发光装置 Download PDF

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CN100452452C
CN100452452C CNB2005100728908A CN200510072890A CN100452452C CN 100452452 C CN100452452 C CN 100452452C CN B2005100728908 A CNB2005100728908 A CN B2005100728908A CN 200510072890 A CN200510072890 A CN 200510072890A CN 100452452 C CN100452452 C CN 100452452C
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led crystal
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Abstract

一种备有发光二极管的翻转侧置结构的发光装置，允许发射光的行进与其附着表面平行。一个或多个发光二极管晶粒以其侧表面面向基底表面，装设在此基底上。此发光装置还可结合基底上的光学突出物以形成一发光模块，用来反射和组合从发光二极管晶粒发射出的光。此发光装置不需要传统打线接合的程序。其封装结构也解决了发光二极管的散热问题。如有需求的话，静电保护电路可包含于此发光模块。本发明使得组合后的光有较佳均匀度及高强度，且可有想要的彩度。

Description

备有发光二极管的翻转侧置结构的发光装置
技术领域
本发明涉及发光二极管(light emitting diode，LED)的装置，尤其是关于一种备有发光二极管的翻转侧置结构(flipped side-structure)的发光装置。
背景技术
备有照明信息源的光源在许多应用上是常被需要。特别是液晶显示器(liquid crystal display，LCD)在许多电子媒体已越来越流行。液晶显示器常被用在各式各样的应用，诸如桌上型计算机、显示监视器、影像相机、自动柜员机显示器、电视以及航空显示器等。通常液晶显示器需要用背光模块来照明欲被显示的信息。用在背光模块有各式各样的光源，如日光灯及发光二极管。日光灯价钱低廉且不需要复杂的控制电路。但是，有时不适合某些需要好的色彩质量及灯泡寿命长的某些应用上。发光二极管被提出来当作液晶显示器背光模块的光源有许多原因。相较于日光灯泡，发光二极管光源的优点包括较长的寿命、替代容易、稳健的机械特性、和较佳的色彩质量。某些应用(如航空类)需要从液晶显示器背光模块发射出的光彩度(chromaticity)是明确的。然而大多数商用可取得的发光二极管，其彩度的选择是有限的且彩度会随时间改变。
图1所示为一种揭露于美国第6,666,567号专利的撑高式(raised)发光二极管100的发光二极管光源，用来改进组合光(combined light)的彩度。此撑高式发光二极管100包括一发光二极管101。此发光二极管101包在发光二极管封装102里。此发光二极管封装102被支撑在光学共振腔板(floor ofoptical cavities)103上方。此撑高式架构容许光从发光二极管基底部发射出。此外，具反射性突出物可置于此撑高式发光二极管的下方，来协助导正光行进于轨道。一种由日光灯泡及发光二极管组合成的架构也被提出来，以形成一种混合式光源(hybrid light source)。然而所有这些技术增加了光源的复杂度和成本。
如图2和图3所示，揭露于美国第6,608,614号专利的液晶显示器200包含一个提供光第一彩度的第一发光二极管阵列201及一个提供光第二彩度的第二发光二极管阵列202。从发光二极管阵列201和202发射出的光穿过光组合组件301(例如，波导管)，然后朝向液晶显示器堆栈302投射。发光二极管晶粒发射的光通常近乎垂直于晶粒表面的方向。从发光二极管阵列201及202发射出的光的方向近乎各自垂直及平行于镜板表面。此光源需要各自的组合组件301。组合光的彩度的调整仅能通过穿过一个控制来改变第二发光二极管阵列202彩度，因此，彩度的调整是有弹性限制的。
根据另一现有技术所揭露，如图4所示，是一种具封装发光二极管晶粒的Luxeon侧置式-发射器(side-emitter)。Luxeon侧置式-发射器可提供组合光好的均匀度，但光强度较差。另外，封装发光二极管晶粒结构通常比本发明裸晶粒结构占较大的面积与体积。
众所皆知，大多数从发光二极管晶粒发射的光其行进方向近乎于垂直于晶粒表面。因此，发光二极管晶粒在某种程度上需要被调整，使得从发光二极管晶粒发射的光在到达显示屏幕前，有机会组合及混合成想要的彩度。
图5所示为一种传统发光二极管封装结构，一发光二极管晶粒500附着在一封装基底511上。此发光二极管晶粒包含一负电极(negative electrode)或接合垫(bonding pad)501、一N型包覆层(cladding layer)503、一有源层(activelayer)504、一P型包覆层505、一半导体基底层(例如，砷化镓或氮化镓)506和一正接合电极(接合垫)502。此发光二极管晶粒500的负电极501经由一金线或铝线512连接至封装基底511上的负接合垫513，正接合电极502则焊接于封装基底511上的正接合垫514。此发光二极管晶粒500和金线512可用透明树脂515覆盖起来，以隔绝外部环境。为了电源连接，仅暴露金属垫或连接脚(connection pin)513和514。此发光二极管结构的缺点是光强度较弱，这是由于非透明(non-transparent)的金属垫501和502阻挡了发射光重要的部分。此外，传统打线接合(wire bonding)程序需要增加程序的复杂度、封装空间及成本。
发明内容
本发明的目的是克服传统光源的缺点而提供一种备有发光二极管的翻转侧置结构的发光装置，其省掉传统打线接合的程序和封装发光二极管晶粒(LED chip)的需要，因而降低成本及空间。由于发光二极管高封装密度(packaging density)和适当的混合发射光，因此也可达到高的光强度且可有想要的彩度。
为实现上述目的，本发明提供一种备有发光二极管的翻转侧置结构的发光装置，包含有：
一基底，该基底包括至少一N型电极垫、至少一P型电极垫和一基底表面，其中，该至少一N型电极垫和该至少一P型电极垫设置在该基底内，且相邻的N型电极垫和P型电极垫被介电材料隔开；一个或多个发光二极管晶粒，固着于该基底上，其中每一该发光二极管晶粒备有一N型接合垫和一P型接合垫；该N型接合垫和该P型接合垫中的一个接合垫置于该发光二极管晶粒的前表面，仅占用该晶粒一少部分面积；而其中另一个接合垫置于该发光二极管晶粒的后表面，涵盖该发光二极管晶粒的整个后表面；该发光二极管晶粒以其侧表面面向该基底表面，固着于该基底上，且该发光二极管晶粒的该N型接合垫和该P型接合垫分别连接至其相对应的该基底内的N型电极垫和P型电极垫。
使用两个该发光二极管晶粒，背靠背附着，并以其侧表面面向该基底表面固着于该基底上。
每一该发光二极管晶粒备有一金属反射层，并形成于该发光二极管晶粒后表面上的该接合垫与该发光二极管晶粒剩余部分之间。
对于每一该发光二极管晶粒，置于其前表面的该接合垫的边缘与该发光二极管晶粒的任一边缘贴齐。
多个N型电极垫和P型电极垫被图案化，以使一阵列的发光二极管以串联或并联式连接在一起。
每一该发光二极管晶粒是一裸晶粒且用一透明材料封装起来。
该发光装置还包括静电保护电路。
对于每一该发光二极管晶粒，置于其前表面的该接合垫是置于该发光二极管晶粒的边缘中心。
对于每一该发光二极管晶粒，置于其前表面的该接合垫从该发光二极管晶粒的一边延伸至另一边。
该透明材料是从环氧化物及硅氧聚合物的族群中选出。
该发光装置还包含至少一置于该基底上的光学突出物，以形成一光学模块，用来反射和组合从该发光二极管晶粒发射出的光。
该光学突出物的形状包括金字塔形、圆锥形、抛物线形、以及半球面形。
该基底上形成一控制电路，来提供该发光二极管电源、控制该发光二极管亮度、提供该发光二极管静电保护、和调整组合后的光彩度，以符合应用需求。
该发光二极管晶粒固着于该基底，且该晶粒的表面面向该光学突出物。
该控制电路印制于该基底上。
该控制电路堆栈于该基底上。
该发光装置被整合在一液晶显示器用的一背光模块里。
多个该发光装置被整合在一液晶显示器用的一背光模块里。
两个该发光装置之间是电性绝缘。
该发光装置被整合在一光源里。
该光源是一发光二极管灯泡，且该发光二极管灯泡由该发光装置结合一反射碗或未结合一反射碗所形成。
根据本发明，每一发光二极管晶粒有一N型接合垫和一p型接合垫，发光二极管晶粒的其中一个接合垫是位于前表面，而另一接合垫是位于后表面。N型接合垫和P型接合垫的其中之一皆可配置在发光二极管晶粒的前表面，且仅占用晶粒一少部分面积。而另一接合垫则以一配置于后接合垫与发光二极管晶粒剩余部分之间的金属层，涵括晶粒的整个后表面。
在本发明第一实施例中，此备有翻转侧置结构的发光二极管的发光装置包含两个发光二极管晶粒和一基底。此两个发光二极管晶粒以背靠背(back-to-back)附着，并以此两个发光二极管的侧表面(side surface)面向基底的固着表面(mounting surface)，固着(mount on)在此基底上。发光二极管晶粒的N型接合垫和P型接合垫分别连接至基底上N型和P型电极垫。
在本发明第二实施例中，此备有翻转侧置结构的发光二极管的发光装置包含一发光二极管晶粒和一基底。该发光二极管的侧表面面向基底的固着表面，固着在此基底上。发光二极管晶粒的N型接合垫和P型接合垫分别连接至基底上N型和P型电极垫。
在本发明第三实施例中，此备有发光二极管的翻转侧置结构的发光装置可在基底上再结合光学突出物(optical protrusion)，以形成一发光模块，用来反射和混合从发光二极管晶粒发射出的光。发光二极管晶粒在面向光学突出物的基底上形成一发光二极管照明光源(luminance source)。因此从不同发光二极管晶粒发射的光在靠近基底表面有机会被反射和组合，以达到想要的彩度。
如有需要，可于基底上形成控制电路，来提供发光二极管电源、控制发光二极管亮度、提供发光二极管静电保护(electrostatic discharge protection)，以及调整组合后的光彩度，以符合应用需求。
本发明使得组合后的光有较佳均匀度及高强度，且可有想要的彩度。
现配合下列附图、实施例的详细说明及权利要求，将上述及本发明的其它目的与优点详述于后。
附图说明
图1是一公知撑高式发光二极管结构图。
图2是另一公知以发光二极管为基底的液晶显示器背光结构图。
图3是图2中液晶显示器背光结构侧面的正视图。
图4是一Luxeon侧置式发射器。
图5是传统封装发光二极管晶粒的一剖面结构图。
图6A是发光二极管晶粒的一侧面图。
图6B是根据本发明中接合垫从发光二极管晶粒的一边延伸至另一边的一俯视图。
图6C是根据本发明中接合垫配置于发光二极管晶粒的边缘中心的俯视图。
图7A是根据本发明第一实施例，备有发光二极管的翻转侧置结构的发光装置的一侧面图。
图7B是根据本发明第一实施例，备有发光二极管的翻转侧置结构的发光装置的一俯视图。
图8是是根据本发明第二施例，备有发光二极管的翻转侧置结构的发光装置的一侧面图。
图9是根据本发明第三实施例，备有发光二极管的翻转侧置结构的发光装置的一结构图，其中该发光装置是一发光二极管照明带片的应用例。
图10A及图10B分别是示于图9中的发光二极管照明带片光行进轨道的一侧面图和一俯视图。
图11是一个由多个图9中发光二极管照明带片形成的发光二极管照明面板的应用例。
图12A及图12B分别是根据本发明第三实施例，发光二极管灯泡未备有及备有一反射碗的应用例。
图12C是图12B中具有一反射碗的发光二极管灯泡的一前视图。
图13A及图13B分别是被整入于液晶显示器用的背光模块里的发光二极管照明带片与发光二极管照明面板的应用例。
具体实施方式
图6A所示为发光二极管晶粒的侧面图，每一发光二极管晶粒有一N型接合垫和一P型接合垫。参考图6A，发光二极管晶粒600有二接合垫601及602，分别称为P型接合垫和N型接合垫。此二接合垫601及602分别位于发光二极管晶粒600的前表面及后表面，接合垫601及602也位于外延层(epitaxial layers)604及605的表面的对边(opposite sides of the surfaces)，一外延层指的是P型外延层，而另一外延层是N型外延层。N型接合垫和P型接合垫的其中之一均可配置于发光二极管晶粒600的前表面，且仅占用晶粒一少部分面积。此发光二极管晶粒中，接合垫602包括发光二极管晶粒600整个后表面，而接合垫601则仅包括发光二极管晶粒600一少部分面积。前接合垫601的边缘以发光二极管晶粒600的边缘发光；前接合垫的边缘可与该发光二极管晶粒的任一边缘贴齐。此发光二极管晶粒600有一发光层606配置于外延层604及605之间，有一金属反射层603配置于外延层604及接合垫602之间。
此外，前接合垫601的配置可从发光二极管晶粒600的一边延伸至另一边(extended from edge to edge)，如图6B所示，或配置于发光二极管晶粒600的边缘中心(edge center)，如图6C所示。另一接合垫602则涵盖发光二极管晶粒600的整个后表面。
图7A是根据本发明第一实施例中，备有发光二极管的翻转侧置结构的发光装置的一侧面图。在本发明第一实施例中，此备有发光二极管的翻转侧置结构的发光装置包含一或多个发光二极管晶粒和一基底，此基底包括至少一N型电极垫、至少一P型电极垫和备有一基底表面。不失一般性，二个发光二极管晶粒、一个N型电极垫和二个P型电极垫被用来当作图7A中实施例的例子。
参考图7A，两个发光二极管晶粒600以背靠背附着，并以其侧表面面向基底的固着表面，固着在基底701上，如图7A所示，发光二极管晶粒600的N型接合垫602和P型接合垫601分别连接至基底701上的N型电极垫704和P型电极垫705。本实施例不需传统打线接合的程序。N型电极垫704和P型电极垫705被一介电材质(dielectric material)706隔开。如有需要，可将静电保护电路707包括在此发光装置之中。此外，如有需要，基底701也可包括次固着接合垫(submount bonding surface)702和703，如图7A所不。
图7B是根据本发明第一实施例中，备有发光二极管的翻转侧置结构的发光装置的一俯视图。不失一般性，可将多个N型电极垫和P型电极垫图案化(patterned)，以使一阵列的发光二极管以串联(serial)或并联(parallel)的方式连接在一起，本发明的封装结构也可解决发光二极管的散热问题。
由于此备有发光二极管的翻转侧置结构的发光装置，因此被发射出的光的行进方向可平行于固着表面。此省掉传统的打线接合的程序和发光二极管晶粒的封装，所以降低了成本和空间。此备有发光二极管的翻转侧置结构的发光装置可再结合光学突出物于基底上，以形成一光学模块，用来反射和混合从发光二极管晶粒发射出的光，以符合想要的应用。由于发光二极管高封装密度和适当的混合发射光，因此可达到高的光强度且可有想要的彩度。
图8是根据本发明第二实施例中，备有发光二极管的翻转侧置结构的发光装置的一侧面图。在图8所示的第二施例中，此备有发光二极管的翻转侧置结构的发光装置包含一发光二极管晶粒600和一基底701，发光二极管晶粒600以其侧表面面向基底的固着表面，固着于基底701上。N型接合垫602和P型接合垫601分别连接至基底上的N型电极垫702和P型电极垫703。
发光二极管晶粒可用透明材料封起来，以避免和空气反应。再者，适当选择透明材料的折射率可以避免全反射(total reflection)。透明材料可以从环氧化物(epoxy)及硅氧聚合物(silicone)的族群里选择，但不仅限于此类族群。
图9是根据本发明第三实施例中，备有发光二极管的翻转侧置结构的发光装置的一结构图，其中该发光装置是一发光二极管照明带片(LEDluminance strip)的应用例(application example)。此第三实施例中，备有发光二极管的翻转侧置结构的发光装置900还在基底904上结合光学突出物902，以形成一光学模块，用来反射和混合从发光二极管晶粒发射出的光。而发光二极可发射不同或是相同颜色的光，其中备有发光二极管的翻转侧置结构发光装置901是选自本发明第一施例或本发明第二施例，基底904上具有N型电极垫904a和P型电极垫904b。
根据想要的应用，光学突出物902可用任何适合的材料制作，和以任何适合的方式及形状来形成。光学突出物902的形状可以是(但没有限制)金字塔型(pyramidal)或圆锥形(conic)或抛物线形(parabolic)或半球面形(semispherical)。图10A及图10B分别是示于图9中的发光二极管照明带片光行进轨道的一侧面图和一俯视图。发光二极管照明带片发射的光大多数平行于固着表面并朝向光学突出物，光因此与其它光源发射的光组合。
若有需要，可于基底上形成控制电路903(如图9所示)，来提供发光二极管电源、控制发光二极管亮度、提供发光二极管静电保护、和调整组合后的光彩度，以符合应用需求。控制电路903可以是堆栈式(stacked)或是印制于基底表面。
图11是一个由多个图9中发光二极管照明带片形成的发光二极管照明面板(LED luminance panel)1100的应用例。两个发光二极管照明带片之间是电性绝缘(electrical insulation)。
本发明的发光装置可以被整合在一光源里，如发光二极管灯泡(LEDlamp)，图12A及图12B分别是根据本发明第三实施例，发光二极管灯泡未备有及备有一反射碗(reflective bowl)的应用例。
参考图9、图11及图12A中的应用例，发光二极管晶粒在面向光学突出物的基底上形成一发光二极管照明光源。所以从不同发光二极管晶粒发射的光在靠近基底表面有机会被反射和组合，以达到想要的彩度。图12B是图12A结合一反射碗1201的应用例。图12C是图12B中具有一反射碗的发光二极管灯泡的一前视图。
本发明使得组合后的光有较佳均匀度及高强度，且可有想要的彩度。从不同发光模块发射出的组合光可进一步地被导引至散光器(light diffuser)或波导管(wave guide)。无论液晶显示器面板的大小，本发明的备有发光二极管的翻转侧置结构的发光装置都可以被整合在液晶显示器用的背光模块里。图13A及图13B分别是被整入于液晶显示器用的背光模块里的发光二极管照明带片与发光二极管照明面板的应用例。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，当不能以此限定本发明实施的范围。凡依本发明权利要求所作的均等变化与修饰，皆应仍属本发明申请专利涵盖的范围内。

Claims (19)

1.一种备有发光二极管的翻转侧置结构的发光装置，包含有：
一基底，该基底包括至少一N型电极垫、至少一P型电极垫和一基底表面，其中，该至少一N型电极垫和该至少一P型电极垫设置在该基底内，且相邻的N型电极垫和P型电极垫被介电材料隔开；
一个或多个发光二极管晶粒，固着于该基底上，其中每一该发光二极管晶粒备有一N型接合垫和一P型接合垫；该N型接合垫和该P型接合垫中的一个接合垫置于该发光二极管晶粒的前表面，仅占用该晶粒一少部分面积；而其中另一个接合垫置于该发光二极管晶粒的后表面，涵盖该发光二极管晶粒的整个后表面；该发光二极管晶粒以其侧表面面向该基底表面，固着于该基底上，且该发光二极管晶粒的该N型接合垫和该P型接合垫分别连接至其相对应的该基底中的N型电极垫和P型电极垫；
一金属反射层，形成于每一发光二极管晶粒后表面上的该接合垫与该发光二极管晶粒剩余部分之间；以及
对于每一该发光二极管晶粒，置于其前表面的该接合垫的边缘与该发光二极管晶粒的任一边缘贴齐。
2.如权利要求1所述的备有发光二极管的翻转侧置结构的发光装置，其特征在于使用两个该发光二极管晶粒，背靠背附着，并以其侧表面面向该基底表面固着于该基底上。
3.如权利要求1所述的备有发光二极管的翻转侧置结构的发光装置，其特征在于多个N型电极垫和P型电极垫被图案化，以使一阵列的发光二极管以串联或并联式连接在一起。
4.如权利要求1所述的备有发光二极管的翻转侧置结构的发光装置，其特征在于每一该发光二极管晶粒是一裸晶粒且用一透明材料封装起来。
5.如权利要求1所述的备有发光二极管的翻转侧置结构的发光装置，其特征在于该发光装置还包括静电保护电路。
6.如权利要求1所述的备有发光二极管的翻转侧置结构的发光装置，其特征在于对于每一该发光二极管晶粒，置于其前表面的该接合垫是置于该发光二极管晶粒的边缘中心。
7.如权利要求1所述的备有发光二极管的翻转侧置结构的发光装置，其特征在于对于每一该发光二极管晶粒，置于其前表面的该接合垫从该发光二极管晶粒的一边延伸至另一边。
8.如权利要求4所述的备有发光二极管的翻转侧置结构的发光装置，其特征在于该透明材料是从环氧化物及硅氧聚合物的族群中选出。
9.如权利要求1所述的备有发光二极管的翻转侧置结构的发光装置，其特征在于该发光装置还包含至少一置于该基底上的光学突出物，以形成一光学模块，用来反射和组合从该发光二极管晶粒发射出的光。
10.如权利要求9所述的备有发光二极管的翻转侧置结构的发光装置，其特征在于该光学突出物的形状包括金字塔形、圆锥形、抛物线形、以及半球面形。
11.如权利要求9所述的备有发光二极管的翻转侧置结构的发光装置，其特征在于该基底上形成一控制电路，来提供该发光二极管电源、控制该发光二极管亮度、提供该发光二极管静电保护、和调整组合后的光彩度，以符合应用需求。
12.如权利要求9所述的备有发光二极管的翻转侧置结构的发光装置，其特征在于该发光二极管晶粒固着于该基底，且该晶粒的表面面向该光学突出物。
13.如权利要求11所述的备有发光二极管的翻转侧置结构的发光装置，其特征在于该控制电路印制于该基底上。
14.如权利要求11所述的备有发光二极管的翻转侧置结构的发光装置，其特征在于该控制电路堆栈于该基底上。
15.如权利要求9所述的备有发光二极管的翻转侧置结构的发光装置，其特征在于该发光装置被整合在一液晶显示器用的一背光模块里。
16.如权利要求9所述的备有发光二极管的翻转侧置结构的发光装置，其特征在于多个该发光装置被整合在一液晶显示器用的一背光模块里。
17.如权利要求16所述的备有发光二极管的翻转侧置结构的发光装置，其特征在于两个该发光装置之间是电性绝缘。
18.如权利要求9所述的备有发光二极管的翻转侧置结构的发光装置，其特征在于该发光装置被整合在一光源里。
19.如权利要求18所述的备有发光二极管的翻转侧置结构的发光装置，其特征在于该光源是一发光二极管灯泡，且该发光二极管灯泡由该发光装置结合一反射碗或未结合一反射碗所形成。
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